目前各國不(bu)銹(xiu)鋼牌號已超過百種(GB/T 20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》包含了143個牌號),不(bu)銹鋼分類方法很多,按照GB/T 13304.2-2008《鋼分類 第2部分:按主要質量等級和主要性能或使用特性的分類》以及國際上通用的分類方法(按鋼的金相組織劃分),不銹鋼分為5類,即奧(ao)氏體型不(bu)銹(xiu)鋼、奧氏體-鐵素體型不銹鋼(雙相(xiang)不銹(xiu)鋼)、鐵素體型不(bu)銹鋼(gang)、馬(ma)氏體(ti)型不銹鋼和沉淀(dian)硬化(hua)型不銹鋼。我國國家標準規定的不銹鋼和耐(nai)熱鋼的牌號、化學成分、組織形態見表1-1~表1-6。
不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼的(de)分類方法通常以金相(xiang)(xiang)組織進行分類。按金相(xiang)(xiang)組織分類為(wei):奧氏體(ti)(ti)(A)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、鐵素(su)體(ti)(ti)(F)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、馬(ma)氏體(ti)(ti)(M)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼、奧氏體(ti)(ti)-鐵素(su)體(ti)(ti)(A-F)型(xing)(xing)(xing)雙(shuang)相(xiang)(xiang)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼和沉(chen)淀硬化(PH)型(xing)(xing)(xing)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼。這幾類不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼之間的(de)成分如圖1-1所示。
一、奧氏體型不銹鋼
奧(ao)氏體型不銹鋼在室溫(wen)下內部(bu)顯微(wei)組織(zhi)(zhi)為純奧(ao)氏體組織(zhi)(zhi)或(huo)奧(ao)氏體十(shi)少量鐵(tie)素體組織(zhi)(zhi)。形成少量鐵(tie)素體的(de)目的(de)主(zhu)要是防止熱裂紋的(de)產生,也有利于防止焊縫的(de)晶間腐蝕。
奧氏體型不銹鋼以Cr18Ni9 鐵基合金為基礎,在此基礎上根據不同的用途,發展成圖1-2所示的鉻鎳奧氏體型不銹鋼系列。奧氏體型不銹鋼不能利用熱處理使晶粒細化,也不能經過淬火來提高其硬度。奧氏體型不銹鋼在氧化性環境中具有優良的耐腐蝕性能和良好的耐熱性能,是應用最廣泛的不銹鋼,其中以18-8型不銹鋼最有代表性,它有較好的力學性能和良好的焊接性,但對溶液中含有氯離子(Cl-)的介質特別敏感,易發生應力腐蝕。在這類鋼中添加鈦或鈮時,能提高其抗晶間腐蝕能力;添加鉬、銅和鈦,則能提高其在還原酸(如稀硫酸)中的耐腐蝕性能,同時也能提高其抗晶間腐蝕的能力。18-8型不銹鋼按其含碳量的不同分為三個等級:一般含碳量(質量分數:≤0.15%)、低碳級(質量分數:≤0.08%)和超低碳級(質量分數:≤0.03%)。
二、鐵素體(ti)型不(bu)銹鋼
室溫下(xia)它的(de)內部(bu)(bu)顯微(wei)組(zu)織為鐵素(su)體。合金元素(su)以鉻為主(zhu)(鉻的(de)質量分數為11.5%~32.0%),不含鎳,某些鋼(gang)中添加有(you)(you)Mo、Ti、Al、Si等成分。一般以退(tui)火狀(zhuang)態供貨。隨著(zhu)鉻含量的(de)提(ti)高(gao),其耐酸(suan)性能(neng)也(ye)提(ti)高(gao),加入(ru)鉬(Mo)后,則可提(ti)高(gao)耐酸(suan)腐(fu)蝕性和抗(kang)應力(li)腐(fu)蝕的(de)能(neng)力(li)。這類不銹鋼(gang)列入(ru)國家標準的(de)牌號(hao)有(you)(you)022Cr12(00Cr12)、10Cr17(1Cr17)、008Cr30Mo2(00Cr30Mo2)等。該類鋼(gang)用于制造(zao)硝酸(suan)化工設備(bei)的(de)吸收塔、熱交換器、儲槽和運輸硝酸(suan)用的(de)槽罐以及制造(zao)不承受沖(chong)擊載荷(he)的(de)其他零部(bu)(bu)件和設備(bei)。
按照碳和氮(C+N)的總含量,高鉻鐵素體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)分為普(pu)通純度(du)和超高純度(du)兩(liang)個系列。
普通純度(du)高鉻鐵素(su)體不(bu)銹鋼(gang),其碳的質(zhi)量分數為(wei)0.1%左右并含(han)少量氮,如(ru)10Cr17(1Cr17)、10Cr17Mo(1Cr17Mo)等。它(ta)與(yu)常用的奧氏體型(xing)不(bu)銹鋼(gang)相(xiang)比,缺點是(shi)材(cai)質(zhi)較脆(cui),焊(han)接工藝性(xing)較差。這(zhe)是(shi)因為(wei):鐵素(su)體晶粒長(chang)大后,只有通過壓(ya)力加工才能細(xi)化;在(zai)高溫下(xia)(例如(ru)600~820℃)停(ting)留時間長(chang)時,wcr≥17%的鋼(gang)會生成脆(cui)性(xing)的。相(xiang)(CrmFen);在(zai)400~526℃溫度(du)區間停(ting)留較長(chang)時間會出(chu)現室溫下(xia)的脆(cui)性(xing),即475℃脆(cui)性(xing)。因這(zhe)類鋼(gang)脆(cui)性(xing)較大,所以限制了(le)它(ta)的應用。
超(chao)(chao)低碳(tan)和超(chao)(chao)低氮含量(C+N總(zong)的(de)質(zhi)量分數≤0.025%~0.035%)的(de)超(chao)(chao)高(gao)純度高(gao)鉻鐵素體不銹鋼(gang),如 019Cr19Mo2NbTi (00Cr18Mo2)和008Cr27Mo(00Cr27Mo)等(deng),它們無論在(zai)韌性(xing)、耐蝕性(xing)還是焊接性(xing)等(deng)方面均(jun)優(you)于普通純度鐵素體不銹鋼(gang)。
三、馬(ma)氏(shi)體(ti)型不銹鋼
室溫下它的顯微(wei)組織為馬氏體。這類(lei)鋼(gang)中鉻的質量(liang)分數為11.5%~18.0%,碳的質量(liang)分數最高(gao)可(ke)達0.6%。碳含(han)量(liang)增高(gao),提高(gao)了(le)鋼(gang)的強度(du)和硬度(du)。在這類(lei)鋼(gang)中加入少量(liang)鎳可(ke)促使生成(cheng)馬氏體,同時(shi)又能提高(gao)其耐蝕性。
這類鋼具(ju)有(you)一定(ding)的耐腐蝕性(xing)和較(jiao)好的熱穩定(ding)性(xing)以(yi)及熱強性(xing),可以(yi)作(zuo)為(wei)溫度在700℃以(yi)下長期工作(zuo)的耐熱鋼使用(yong)(yong)。它被廣(guang)泛用(yong)(yong)于制造韌性(xing)要求(qiu)較(jiao)高的零件,如(ru)汽輪機的葉片(pian)、內燃機排氣閥(fa)和醫療器械(xie)。這類鋼的焊接(jie)性(xing)較(jiao)差。常用(yong)(yong)的馬氏體型不(bu)銹鋼有(you)12Cr13(1Cr13)、20Cr13(2Cr13)、30Cr13 (3Cr13)、14Cr17Ni2 (1Cr17Ni2)等(deng)。
四、奧氏(shi)體-鐵(tie)素體型不銹鋼
室溫下其顯微組織為(wei)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)加(jia)鐵素體(ti)(ti)。通常鐵素體(ti)(ti)的(de)(de)(de)(de)(de)體(ti)(ti)積分數約占50%。這類鋼(gang)是在18-8型奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)礎(chu)上,添加(jia)更(geng)多(duo)的(de)(de)(de)(de)(de)Cr、Mo、Si等擴大鐵素體(ti)(ti)元素或降低(di)含(han)碳量(liang)而得到的(de)(de)(de)(de)(de)鋼(gang)種。與含(han)相同(tong)碳量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)相比,具有較小的(de)(de)(de)(de)(de)晶間腐蝕傾向(xiang)和較高的(de)(de)(de)(de)(de)力學性能,且韌性比鐵素體(ti)(ti)型不銹鋼(gang)好。
該類鋼具有(you)抗點腐蝕、抗應力腐蝕性能(neng)。雙相(xiang)不銹鋼通(tong)常以固溶狀態供貨(huo)。常用的牌號有(you)12Cr21Ni5Ti(1Cr21Ni5Ti)、022Cr19Ni5Mo3Si2N (00Cr18Ni5Mo3Si2)、022Cr23Ni4MoCuN、14Cr18Ni11Si4 AlTi (1Cr18Nil1Si4 AlTi)、022Cr25Ni6Mo2N、022Cr22Ni5Mo3N、022Cr23Ni5Mo3N。
雙相或復相不銹鋼的屈服強度約為一般奧氏體不銹鋼的2倍,耐晶間腐蝕性較好。它已在大化肥廠尿素CO2車間冷卻器以及制鹽蒸發設備等方面推廣使用。這類鋼機械加工、冷沖壓和焊接性能均良好。
五(wu)、沉淀(dian)硬(ying)化型不銹鋼
這(zhe)種鋼(gang)(gang)(gang)需(xu)經過系列(lie)的(de)(de)(de)熱處理(li)使鋼(gang)(gang)(gang)中的(de)(de)(de)碳化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)物沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)析出,從而提高材(cai)料的(de)(de)(de)強度。這(zhe)類鋼(gang)(gang)(gang)包括馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)、半(ban)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)和(he)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)三類。其中馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)在固(gu)溶(rong)處理(li)后,空冷(leng)至(zhi)室(shi)溫即可得到(dao)(dao)(dao)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)十少量鐵(tie)素體(ti)或馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)十少量殘余奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),然(ran)后經時效強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。而半(ban)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)經固(gu)溶(rong)處理(li)并冷(leng)卻至(zhi)室(shi)溫后,得到(dao)(dao)(dao)的(de)(de)(de)是不穩定的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。為了(le)得到(dao)(dao)(dao)馬(ma)(ma)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),還需(xu)經過M,點(dian)升高到(dao)(dao)(dao)室(shi)溫以上(shang)的(de)(de)(de)熱處理(li),然(ran)后再使之時效強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)。奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)型(xing)(xing)不銹鋼(gang)(gang)(gang)則在室(shi)溫下呈(cheng)穩定的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi),只需(xu)經時效強化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)即可達到(dao)(dao)(dao)目的(de)(de)(de)。05Cr17Ni4Cu4Nb(0Cr17Ni4Cu4Nb)、07Cr17Ni7AI(0Cr17Ni7AI)、07Cr15Ni7Mo2Al(0Cr15Ni7Mo2Al)屬于(yu)沉(chen)(chen)(chen)淀(dian)硬(ying)(ying)化(hua)(hua)(hua)(hua)(hua)半(ban)奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)型(xing)(xing)不銹鋼(gang)(gang)(gang)。該(gai)鋼(gang)(gang)(gang)的(de)(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)特(te)點(dian)是在固(gu)溶(rong)或退火狀態時具有奧(ao)(ao)(ao)氏(shi)(shi)(shi)體(ti)和(he)體(ti)積分(fen)數為5%~20%的(de)(de)(de)鐵(tie)素體(ti)組(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。這(zhe)種鋼(gang)(gang)(gang)有很(hen)好的(de)(de)(de)成(cheng)形性能(neng)和(he)良好的(de)(de)(de)焊(han)接性。